多機器人編隊自修復算法設計與實現(xiàn).pdf

1、相比于傳統(tǒng)的單移動機器人系統(tǒng)而言，多機器人系統(tǒng)作為冗余系統(tǒng)，具有重配置、變結構等特點，因而可以降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)的效率和魯棒性。多機器人編隊是指多個自主移動的機器人在運動過程中保持某種特定形狀的控制技術。它被廣泛應用于軍事偵察、災難救援、航空航天和工業(yè)應用等領域中。在軍事應用中，多機器人編隊可以用于偵察區(qū)域覆蓋、突破防線等任務；在災難救援中，多機器人編隊形式能夠擴大救援范圍、提高救援效率；在航天航空領域，小型衛(wèi)星編隊可以減少推進過程

2、中的燃料消耗并擴大衛(wèi)星集群的感知范圍；在智能交通領域，車輛的編隊行駛能夠極大的緩解高速公路的交通壓力；在生物領域，編隊控制能夠幫助研究人員更好的理解生物的社會行為，如鳥群或魚群的集體遷徙現(xiàn)象。然而，由于多機器人編隊經常工作在較為危險或者敵對的環(huán)境之中，存在較多的不確定性因素，機器人故障或缺失不可避免。機器人缺失將會使編隊性能下降、工作效率降低，若不采取相對應的處理措施，甚至可能會導致機器人編隊任務失敗。因此，需要設計一種能夠在機器人缺失

3、后自主修復機器人編隊拓撲和系統(tǒng)性能的自修復算法。本文針對機器人編隊中部分機器人缺失后的自修復問題，提出一種基于梯度的分布式編隊自修復算法，該算法借助機器人鄰居間局部交互，使機器人編隊能夠自主修復網絡拓撲并提高機器人編隊網絡的運動同步性。
　　本研究主要內容包括：⑴考慮各機器人缺失對編隊運動同步性的影響，提出一種梯度生成和擴散機制，在編隊中形成穩(wěn)定的梯度分布，并將該梯度生成和擴散機制與網絡拓撲切換的相關結論結合，提出一套能夠改善運動

4、同步性的網絡自修復切換規(guī)則及其對應的分布式個體控制實現(xiàn)，同時證明上述基于梯度的編隊自修復算法不但能夠改善編隊運動同步性而且使修復路徑最短；⑵針對不同優(yōu)化指標下遞歸自修復算法修復機器人序列選擇問題，以梯度值為基礎引出梯度向量的概念，并提出一種基于梯度向量的遞歸自修復算法框架，通過改變梯度向量的內容，選擇不同的修復機器人序列，適應不同的優(yōu)化指標；⑶通過不同機器人個數(shù)和網絡拓撲模型下的仿真，驗證本文算法的有效性和最優(yōu)性，同時通過在多機器人實驗